FILIÈRE

L’électronique imprimée est étudiée depuis plus de 50 ans. Les encres conductrices utilisées dans les systèmes de dégivrage de parebrise automobile datent des années 50 tandis que les premiers transistors ou les OLED’s imprimés datent des années 80. C’est un domaine multidisciplinaire qui fait appel à des compétences en chimie, physique, électronique ainsi que dans le secteur des machines et équipement. Cette combinaison de nouveaux matériaux et de techniques de production sur grande surface à bas coût ouvre un large éventail de fonctions électroniques associées à des composants minces, légers, souples qui peuvent être fabriqués et directement intégrés aux produits à un faible coûts.
Actuellement, les acteurs de la filière sont nombreux et sur différents secteurs.

• Les compétences françaises et européennes de R&D sont relativement dispersées au sein d’équipes dont l’électronique imprimée n’est pas le cœur d’activité comme cela peut être le cas dans d’autres pays européens. Les choses évoluent, des plates-formes sont en projet et les acteurs français s’organisent.
• Les start-up développent des applications et des équipements spécifiques issus de travaux de recherche.

Les procédés d’impression d’électronique imprimée développent des systèmes chauffants, des capteurs, des actuateurs, des antennes, des transistors, des condensateurs, des batteries, des piles à combustibles, des diodes électroluminescentes, des cellules photovoltaïques, des écrans.

Pour intégrer ces technologies dans les processus de fabrication de systèmes électroniques, et pour faire face à de nouveaux défis d’innovation, les industriels ont besoin de nouvelles compétences. Il s’agit donc de développer la formation dans le contexte de l’électronique imprimée.

CONTACTS DES CORRESPONDANTS

BORDEAUX INP – Bordeaux
Oleds, OPV, Capteurs, Systèmes
VIGNAU Laurence – laurence.vignau@ims-bordeaux.fr

EIDD – Paris
Oleds, OPV, OFET, capteurs, systèmes
BATTAGLINI Nicolas – nicolas.battaglini@univ-paris-diderot.fr

HEPIA – Geneve
Antennes, RadioFréquence, Capteurs, Medical
Bechevet Delphine – delphine.Bechevet@hesge.ch

GRENOBLE INP – PAGORA – Grenoble
Graphisme, Capteurs, Electronique
REVERDY-BRUAS Nadège – nadege.reverdy-bruas@grenoble-inp.fr

CEA-LITEN

Centre de recherche sur les nouvelles technologies de l’énergie. Basé à Grenoble et Chambéry, au cœur de la première région française productrice d’énergie, le Laboratoire d’Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (Liten) est le premier centre de recherche européen entièrement dédié à la transition énergétique.

Fort de son positionnement au sein du CEA, le Liten est devenu en 15 ans un acteur majeur de la recherche technologique pour répondre aux enjeux de l’énergie, de l’environnement tout en soutenant la croissance économique.

IRT ST EXUPERY

Accélérateur de recherche scientifique et technologique et transfert vers l’industrie dans les secteurs aéronautique, espace et systèmes embarqués : matériaux multifonctionnels haute performance – aéronefs électriques – ingénierie des systèmes et modélisation – systèmes intelligents et des communications.

GDR OERA

Le GDR 3368 “Électronique Organique” du CNRS regroupe un peu plus d’une quarantaine de laboratoires académiques répartis autour de l’électronique organique.

Les substrats

L’avantage de l’électronique imprimée organique est d’utiliser des substrats flexibles. Le choix de ces substrats souples est dicté par les températures de séchage des différentes formulations imprimées sur les substrats.

Les substrats les plus utilisés sont le PET (Polyéthylène Téréphtalate), le PEN (Polyéthylène Naphtalate) pour des formulations avec les solvants de plus hautes températures de séchage. Les substrats Papier et PVC sont plutôt utilisés dans les applications de grande consommation telles que les tickets de transport, des packagings et des étiquettes intelligentes.

Les formulations d’encres

Il existe actuellement sur le marché différentes formulations :

• Conductrices à base de métaux : le métal Ag est le plus usité mais son coût, actuellement prohibitif met en péril les modèles économiques basés sur ce métal. Il existe pour le remplacer des formulations encore à l’essai basées sur l’oxyde de cuivre,
• Conductrices transparentes à base de produits organiques basées sur des polymères organiques utilisés en remplacement des dépôts conducteurs transparents tels que l’ITO ou le ZnO,
• Résistives pour obtenir des fonctions résistives,
• Diélectriques pour obtenir des condensateurs, des ponts, des zones isolantes, etc…
• piezorésistive pour obtenir directement des capteurs piezo-résistifs.

D’autres polymères organiques sont aussi dopés p et n afin d’obtenir des transistors ; les plus usités sont le polythiophène (PEDOT-PSS), la polyaniline (PANI) ou le polypyrrole (PP).

Les encapsulants

Les matériaux organiques sont particulièrement sensibles à l’eau, la vapeur et aux températures élevées, ce qui implique de leur faire subir certains traitements (souvent onéreux) afin de les encapsuler. Des progrès certains doivent encore être réalisés dans ce domaine en termes de traitements et de techniques de dépôt afin d’optimiser dans le temps les performances des applications organiques.

La sérigraphie

Ce procédé dépose un film d’encre d’une épaisseur de l’ordre de 20 à 100 µm et obtient de bons résultats de conductivité pour une grande variété de supports. S’il garantit une excellente répétitivité, c’est un procédé lent, rentable pour de faibles quantités avec une résolution faible.

La flexographie

La flexographie autorise une linéature de 60 lignes par centimètre avec un cliché fin et de dureté élevée, ce qui est intéressant pour l’impression électronique. L’épaisseur du film d’encre déposé peut atteindre de 6 à 8 µm. L’inconvénient de ce procédé réside dans le profil du film d’encre déposé qui crée un halo sur les bords conduisant à une irrégularité d’épaisseur qui peut perturber l’impression.
La flexographie est utilisée pour produire des antennes RFID sur des étiquettes en utilisant des encres d’argent ainsi que pour la réalisation de batteries imprimées. Les progrès réalisés ces dernières années ainsi que l’amélioration de la conductivité des encres utilisées font de la flexographie l’une des techniques les plus prometteuses.

L’héliogravure

L’héliogravure est un procédé d’impression avec outillage dite en creux (alvéoles). Ce procédé dépose un film d’encre relativement épais, intéressant pour les applications dans le domaine des composants électroniques.

L’évaporation sous vide

Les techniques d’évaporation sous vide et de spin-coating sont régulièrement employées. Elles n’ont cependant qu’un faible rendement (75% de la solution de polymère est perdue) entraînant un coût élevé, et ne sont pas adaptées à une production en continue.

Le Slot Die

Ce procédé de dépôt est un procédé de transfert direct sans contact et compatible avec toutes les encres.

L’offset

L’offset est un procédé bien maîtrisé pour sur une multitude de supports (papier, carton, métal, plastiques). La résolution obtenue est excellente, la vitesse de production est intéressante et enfin, l’impression recto/verso réalise des circuits sur les deux faces d’un support. Toutefois, l’offset présente également certains inconvénients. Pour compenser le manque de conductivité dû à la faible épaisseur du film d’encre (2 à 3 µm), il faut généralement appliquer plusieurs couches. Par ailleurs, une encre conductrice dont la viscosité est comprise entre 5 et 50 Pa.s est nécessaire, ce qui est difficile à obtenir avec des polymères conducteurs. C’est pourquoi les encres conductrices métalliques restent principalement utilisées.

Un groupe de travail EQUIPEMENTS & SERVICES au sein d’AFELIM regroupe les équipementiers et sociétés de service liés à l’électronique imprimée. L’objectif est d’anticiper les besoins des laboratoires et industriels, de développer les complémentarités des équipementiers dans les grands projets en vue de fournir rapidement de nouveaux produits innovants.

Le groupe de travail prépare un cahier qui présenteront les différentes fonctions du procédé électronique imprimée et les savoir-faire des équipementiers et sociétés de service.

Pour faire face à ces défis technologiques, plusieurs centres de recherche privés et académiques parfois en symbiose ou sous contrat avec des industriels développent et testent de nouveaux procédés et équipements. Et pour envisager la mise sur le marché de produits à valeur ajoutée dans un laps de temps réduit, il faut aux start-up des moyens en ressources techniques et procédés industriels qui dépassent le plus souvent leurs possibilités.

Aussi, la France s’est dotée de plusieurs plateformes technologiques pour développer des synergies autour de l’intégration d’objets intelligents. Ces différentes plateformes complémentaires agissent sur l’ensemble de la filière (matériaux, formulations, procédés, composants, systèmes), dispensent des procédés spécifiques et mettent à disposition des industriels des équipements destinés à tester les préséries.

Un groupe de travail PLATEFORMES TECHNOLOGIQUES a été créé au sein d’AFELIM

Ce groupe accompagne le développement de ces plateformes et centres techniques et fédére les moyens en vue d’un développement rapide d’applications.

Un premier cahier AFELIM recense les compétences et savoir-faire, les moyens et ressources et l’accès aux cinq plateformes françaises : ELORPRINTTEC à Bordeaux, le CTP à Grenoble et à Douai, le CT IPC à Oyonnax, SPRINT IM2NP à Marseille, PICTIC CEA LITEN à Grenoble.

Le savoir-faire et la maturité technologique des plateformes :

TRL 1 Observation du principe de base
TRL 2 Formulation du concept technologique
TRL 3 Preuve expérimentale de conception
TRL 4 Validation de la technologie en laboratoire
TRL 5 Validation de technologie en environnement réel
TRL 6 Démonstration de technologie en environnement réel
TRL 7 Démonstration du système à l’échelle prototype en environnement opérationnel
TRL 8 Qualification d’un système complet
TRL 9 Système réel démontré en environnement opérationnel

L’électronique imprimée apporte des opportunités d’innovation et de différentiation pour de nouvelles générations de fonctions ou de produits.
Les processus de production, à température et à air ambiants, reposent sur des dépôts additifs de matériaux de très faible épaisseur et comportent un nombre réduit d’étapes. Cette industrie fait généralement appel à des salles propres peu consommatrices d’énergie électrique et d’eau.
L’électronique imprimée contribue à un impact environnemental dans tous secteurs de marché :

• dans le transport, gain de poids donc moins de consommation, plus de fonctionnalités dans un volume réduit.
• dans le bâtiment, intégration facile aux environnements existants.
• dans l’agriculture, films photovoltaïques souples intégrables dans les serres.
• dans le luxe, packaging intelligent et recyclable.
• dans la santé, traçabilité de médicaments à moindres coûts

Les entreprises qui fabriquent les produits basés sur l’électronique organique attachent une grande importance aux aspects environnementaux.

Un groupe de travail ECONOMIE CIRCULAIRE a été créé au sein d’AFELIM

Ecoles, laboratoires et industriels AFELIM se réunissent désormais très régulièrement pour travailler le sujet de l’économie circulaire sur la chaîne de valeur de l’électronique imprimée. Pour cette première réunion, plus d’une vingtaine de membres ont participé.

Les attentes de ce groupe de travail ECONOMIE CIRCULAIRE sont essentiellement des échanges d’informations pour apporter des solutions concrètes, fédérer l’intérêt commun des membres AFELIM et développer des projets collaboratifs.

Il s’agit de structurer une approche globale et d’établir rapidement un état des lieux du recyclage et de l’analyse du cycle de vie de la chaîne de valeur : matériaux, substrats, procédés, produits (fin de vie, recyclabilité, revalorisation des matériaux et substrats, …) afin d’introduire l’économie circulaire dès la conception du produit.